Herzinfarkt: Nano-Technologie schafft Erholung

Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science setzt auf neuen Biochip

Herz: Mit neuem Biochip gegen Infarkt-Folgen (Foto: pixabay.com, sbtlneet)

Cambridge (pte027/15.10.2020/12:30) Extrazelluläre Vesikel (EV) sind laut einer Studie der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) http://seas.harvard.edu vielversprechende Werkzeuge zur Behandlung von Autoimmunleiden, neurodegenerativen Erkrankungen und Krebs sowie Verletzungen des Gewebes. Bei EV handelt es sich um Boten in Nanogröße, die sich zwischen den Zellen bewegen, Signale und Fracht transportieren.

Biochip mit lebendem Gewebe

EV aus Stammzellen helfen Herzzellen nach einem Infarkt bei der Erholung. Wie genau das geschieht und ob die positive Wirkung auf aus Stammzellen gewonnenen, extrazellulären Vesikeln beschränkt ist, ist nicht erforscht. Das SEAS-Team hat jetzt mögliche Mechanismen hinter der heilenden Wirkung enträtselt und nachgewiesen, dass sie nicht nur Zellen nach einem Infarkt wiederbeleben, sondern auch die Funktion von Zellen erhalten können, wenn sie während eines Infarkts an einem Sauerstoffmangel leiden.

Die Forscher haben diese Funktionalität bei menschlichem Gewebe mittels eines Biochips mit eingebauten Sensoren nachgewiesen, die laufend die Kontraktion des Gewebes überwachten. Das Team konnte auch belegen, dass sich diese intrazellulären Reisenden aus Endothelzellen gewinnen lassen, die die Oberfläche der Blutgefäße säumen. Sie sind reichlich vorhanden und leichter zu erhalten als Stammzellen. Laut Senior-Autor Kit Parker bietet diese Organ-on-Chip-Technologie die Chance auf neue Medikamente. "Mit dieser Studie haben wir eine menschliche Krankheit auf einem Chip mit menschlichen Zellen nachgeahmt und einen neue Behandlungsansatz entwickelt."

Neue Therapien als Hauptziel

Ein Herzinfarkt tritt auf, wenn der Blutfluss zum Herzen blockiert ist. Die beste Möglichkeit zur Behandlung ist die Wiederherstellung des Blutflusses. Dieser Vorgang kann aber eine weitere Schädigung der Zellen im Herzen mit sich bringen. Eine sogenannte Ischämie-Reperfussionsverletzung tritt auf, wenn die Blutversorgung nach einer Zeit mit Sauerstoffmangel das Gewebe wieder erreicht. Auf zellulärer Ebene kann es unter anderem zur Überlastung mit Kalzium und Protonen, oxidativem Stress und einer Dysfunktion der Mitochondrien kommen.

Laut Erstautorin Moran Yadid stellen diese komplexen Vorgänge eine Herausforderung für die Entwicklung von wirksamen Behandlungsansätzen dar. Hier kommen aus Endothelzellen gewonnene EVs ins Spiel. Diese Vesikel stammen von vaskulärem Gewebe, das darauf ausgerichtet ist, hypoxischen Stress zu erkennen. Daher nahmen die Forscher an, dass die Ladung, die sie transportieren, einen direkten Schutz des Herzmuskels ermöglichen könnte. Die Forscher zeichneten alle Sätze dieser sogenannten EEV-Proteine auf, die von diesen Veszikeln exprimiert werden oder exprimiert werden können.

Yadid zufolge haben diese Veszikel zwar nur einen Durchmesser von 150 Nanometern, sie enthalten aber fast 2.000 Proteine. Viele dieser Proteine stehen mit Stoffwechselvorgängen wie Atmung, mitochondrialer Funktion, Signalgebung und Homöostase in Verbindung. "Wir gehen daher davon aus, dass die Exosome einen Cocktail aus Molekülen und Proteinen enthalten, die gemeinsam den Zellen dabei helfen, die Homöostase aufrechtzuerhalten, mit Belastungen umzugehen, die die metabolische Wirkung anpassen und das Ausmaß der Verletzung verringern", führt die Expertin aus. Details wurden in "Science Translational Medicine" veröffentlicht.

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